Genome Editing mit CRISPR/Cas9 in Onkologie und Hämatologie

Die Bedeutung des Genome Editings für Klinik und Wissenschaft zeigt sich daran, dass der Nobelpreis für Chemie 2020 für die Entdeckung des CRISPR/Cas9-Systems vergeben wurde. Seit der bahnbrechenden Publikation der Forscherinnen Emanuelle Charpentier, derzeit Direktorin am Max- Planck-Institut für Infektionsbiologie in Berlin, und Jennifer Doudna von der University of California in Berkeley, USA, im Jahr 2012¹ wurde umfassend gezeigt, wie die Methode zum spezifischen Entfernen, Einfügen und Austauschen von Gensequenzen genutzt werden kann. Neben neuen Studienmodellen werden weltweit Therapieansätze mithilfe von CRISPR/Cas9 entwickelt, um neue thera­peutische Möglichkeiten durch eine zielgenaue Korrektion mutierter und krankheitsauslösender Gene zu finden.

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Das System fußt in einem 2007 entdeckten Abwehrsystem der Bakterienart Streptococcus pyogenes, die sich hiermit gegen Viren, sog. Bakteriophagen, schützen. Bei einer ersten Infektion durch die Viren integrieren die Bakterien virale Gene in ihr Genom und nutzen diese später als Erkennungs­sequenz bei einer erneuten Infektion. Auf diese Weise können sie die Nuklein­säure des Virus gezielt eliminieren, ohne Gefahr zu laufen, das eigene Genom zu schädigen².

Genome Editing

Schon länger wird daran gearbeitet, wie sich künstlich in das Genom verschiedener Organismen eingreifen lässt. Anfangs wurden Mutanten durch klassische Mutagenese mittels Chemikalien oder UV-Licht induziert. Diese enthalten relativ wahllos Mutationen im Genom und müssen durch Rückkreuzung aufwändig auf die gewünschten Veränderungen selektioniert werden. Im letzten Jahrzehnt wurden dann gezielt Nukleinsäure-schneidende Enzyme wie Zinkfingernukleasen und die künstlichen Restriktionsenzyme TALEN (transcription activator-like effector nuclease) entwickelt. Diese Editing-Systeme bestehen aus einem spezifisch an DNA-bindenden Erkennungsprotein und einer DNA-spaltendenden Endonuklease. Wird beides in eine Zelle eingebracht, bindet das Erkennungsprotein an die zu verändernde DNA und die Endonuklease schneidet und modifiziert die Sequenz. Die bisherigen Systeme sind aber nicht zuletzt wegen der Herstellung des Erkennungsproteins relativ kosten- und zeitintensiv sowie im Editing fehleranfällig.³